JP5160211B2 - Synchronous rectifier converter - Google Patents
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Description
本発明は、並列冗長運転用の同期整流コンバータに関するものである。 The present invention relates to a synchronous rectification converter for parallel redundant operation.
従来の並列冗長運転用の同期整流コンバータは冗長運転用のダイオード又はパワーMOSFETを有するが、例えば並列接続された他のコンバータの電圧が上昇するような時には該同期整流コンバータは出力電圧安定化動作により出力電圧を下げる動作をする結果、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れ、この結果スイッチング素子および整流スイッチに過大な電圧、電流ストレスが生じる場合がある。 A conventional synchronous rectification converter for parallel redundant operation has a diode or power MOSFET for redundant operation. For example, when the voltage of another converter connected in parallel rises, the synchronous rectification converter performs the output voltage stabilization operation. As a result of the operation of lowering the output voltage, the regenerative current flows from the secondary side to the primary side of the synchronous rectifier converter, and as a result, excessive voltage and current stress may occur in the switching element and the rectifier switch.
この課題を解決するため、一次又は二次側に流れる電流の方向を検出し、回生電流が流れはじめた時に整流スイッチをオフ状態にしてストレスが生じるのを抑える手段を有する同期整流コンバータが発明された(特許文献1、2参照)。
上記発明により、スイッチング素子および整流スイッチに過大な電圧、電流ストレスが生じるのを抑えることができるが、これら同期整流コンバータは、抵抗等の電流検出回路と検出信号増幅用のアンプ等を設ける必要があり、その結果、検出回路が複雑になるという課題を有する。 According to the invention, it is possible to suppress the occurrence of excessive voltage and current stress in the switching element and the rectifier switch. However, these synchronous rectifier converters need to include a current detection circuit such as a resistor and an amplifier for amplifying the detection signal. As a result, there is a problem that the detection circuit becomes complicated.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる並列冗長運転用の同期整流コンバータを提供する。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a synchronous rectification converter for parallel redundant operation that can easily detect a regenerative current with a small number of parts.
上記課題を解決するために、本発明に係る同期整流コンバータは、一次・二次間をトランスで絶縁し、二次側に一次側メインスイッチと同期する整流スイッチと平滑回路とをそれぞれ設けてある同期整流コンバータであって、前記二次側の出力側に冗長用スイッチを備えるとともに、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出手段を備えてあり、この回生電流検出手段の出力端子、前記整流スイッチの制御端子に制御回路を接続して、前記制御回路は前記回生電流検出手段で回生電流を検出した際に、前記2つの整流スイッチの制御信号を停止させるように構成してあることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a synchronous rectifier converter according to the present invention has a primary and secondary insulated by a transformer, and a secondary side is provided with a rectifying switch and a smoothing circuit synchronized with a primary main switch. A synchronous rectifier converter, comprising a redundant switch on the output side of the secondary side, and regenerative current detecting means for detecting a potential difference between input and output when the voltage on the input side of the redundant switch is lower than the output side. A control circuit is connected to the output terminal of the regenerative current detection means and the control terminal of the rectifier switch, and the control circuit detects the regenerative current by the regenerative current detection means, and the two rectifier switches The control signal is configured to be stopped.
本発明に係る同期整流コンバータは、前記整流スイッチをMOSFETで構成してあることを特徴とする。
また、本発明に係る同期整流コンバータは、前記冗長用スイッチをMOSFETで構成してあることを特徴とする。
The synchronous rectifier converter according to the present invention is characterized in that the rectifier switch is constituted by a MOSFET.
The synchronous rectifier converter according to the present invention is characterized in that the redundancy switch is constituted by a MOSFET.
また、本発明に係る同期整流コンバータ は、前記回生電流検出手段に、前記二次側の出力側にスイッチを備えてあり、このスイッチは、前記冗長用スイッチの入出力の電位差を検出し、前記冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に回生電流が流れたと判断するようにしてあることを特徴とする。 In the synchronous rectifier converter according to the present invention, the regenerative current detecting means includes a switch on the output side of the secondary side, the switch detects a potential difference between the input and output of the redundant switch, and It is characterized in that it is determined that a regenerative current has flowed when the voltage on the input side of the redundant switch is lower than the output side.
本発明によれば、二次側の出力側に冗長用スイッチを備え、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出するように回生電流検出手段を設けることにより、回生電流を直接モニターする必要なく、従来より容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる効果がある。 According to the present invention, a redundant switch is provided on the output side of the secondary side, and the regenerative current detecting means is provided so as to detect the potential difference between the input and output when the voltage on the input side of the redundant switch decreases from the output side. Thus, there is an effect that the regenerative current can be detected more easily and with a smaller number of parts than in the past without directly monitoring the regenerative current.
発明を実施するための最良の形態の回路図を図1に示す。図1図示の同期整流コンバータは、フォワードコンバータである。この同期整流コンバータは一次・二次間をトランスT1で絶縁してある。一次側には直流の入力源とMOSFETで構成したメインスイッチQ1を備えてある。絶縁された二次側にはMOSFETで構成した二つの整流スイッチQ2,Q3を備え、これらスイッチQ1、Q2とQ3が同期して動作するように構成してある。また、本実施例では二次側に出力チョークL1と平滑コンデンサC1とで平滑回路を構成してある。さらにこの平滑回路L1,C1の出力側にはMOSFETで構成した冗長用スイッチQ4を有する冗長用スイッチ回路3を備えてある。この冗長用スイッチ回路3の両端に冗長用スイッチQ4の入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出回路1を備えてある。
A circuit diagram of the best mode for carrying out the invention is shown in FIG. The synchronous rectification converter shown in FIG. 1 is a forward converter. In this synchronous rectification converter, the primary and secondary are insulated by a transformer T1. The primary side is provided with a main switch Q1 composed of a DC input source and a MOSFET. The insulated secondary side is provided with two rectifying switches Q2 and Q3 constituted by MOSFETs, and these switches Q1, Q2 and Q3 are configured to operate in synchronization. In the present embodiment, a smoothing circuit is constituted by the output choke L1 and the smoothing capacitor C1 on the secondary side. Further, on the output side of the smoothing circuits L1 and C1, a
この回生電流検出回路1はスイッチQ5を備えてある。スイッチQ5はトランジスタで構成してある。スイッチQ5のベースとエミッタを冗長用スイッチ回路3の入出力端子にそれぞれ接続し、スイッチQ5のコレクタを制御回路2に接続してある。これにより、冗長用スイッチ回路3の入出力の電位差を検出し、冗長用スイッチ回路3の入力側の電圧が出力側より低下した時に回生電流が流れたと判断するようにしてある。
The regenerative
制御回路2は、前記スイッチQ1〜Q3のゲート端子に接続してある。特に二つの整流スイッチQ2,Q3のゲート端子をこの制御回路2に接続することにより、前記回生電流検出回路1で回生電流を検出した際に、二つの整流スイッチQ2,Q3の制御信号を停止させるように構成してある。
The
制御回路2は図3に示すように駆動回路21,22と23、出力安定化制御用PWM信号源5、コンパレータM21、基準電源VREF21と論理ゲートM2−A,M2−B等から構成され、スイッチQ5から回生電流検出信号が入力すると図4に示すように整流スイッチQ2及び転流スイッチQ3の制御信号を停止させるように機能する。出力安定化制御用PWM信号源5は出力電圧を検出し、予め設定した電圧に出力電圧が安定化するような幅変調されたパルス列で、かつ接続されたそれぞれのスイッチ毎に適応したパルス列を発生するように機能する。
As shown in FIG. 3, the
前記冗長用スイッチ回路3は、スイッチ素子Q4と、スイッチを流れる電流を検出する抵抗R1と制御回路4から構成され、制御回路4は抵抗R1の両端の検出電圧に基づき電流がスイッチQ4を逆方向に流れようとするときにスイッチQ4をオンからオフへ切替えるように機能する。
The
また、本発明に係る同期整流コンバータは、かかる冗長用スイッチを介して一つ以上の同様な電源に接続され全体として冗長された電源システムを構成している。 Further, the synchronous rectifier converter according to the present invention constitutes a redundant power supply system as a whole by being connected to one or more similar power supplies via such a redundant switch.
以上のように構成してある同期整流コンバータは以下のように作用する。先ず、通常時については、従来から有する多くの同期整流型コンバータとほぼ同様の作用をするため説明を省略する。 The synchronous rectifier converter configured as described above operates as follows. First, in the normal state, since the operation is almost the same as that of many conventional synchronous rectifier converters, the description is omitted.
続いて、図4を基にして並列接続された他のコンバータの電圧が上昇した時に回生電流が流れるような場合について説明する。ここで図4の(a)はコンバータの出力電圧Vout、(b)は冗長用スイッチ回路3を流れるコンバータの出力電流Iout、(c)は出力コンデンサの両端電圧VC1、(d)は回生電流検出回路1に設けたスイッチQ5の出力電圧VQ5out、(e)はコンパレータM21の出力電圧VM21、(f)は出力安定化制御用PWM信号源5の出力パルスVPWMout、(g)は駆動回路22の出力パルスV22である。このコンバータの電圧Voutが上昇した場合、コンバータの出力電流Ioutは減少し、更には冗長用スイッチQ4を経由してコンバータへ流れ込むような逆方向電流が流れようとする。
Next, a case where a regenerative current flows when the voltage of another converter connected in parallel rises based on FIG. 4 will be described. 4A shows the output voltage Vout of the converter, FIG. 4B shows the output current Iout of the converter flowing in the
冗長用スイッチQ4は電流が負荷側から電源側へ逆方向に流れようとするのを阻止する冗長用スイッチの制御回路4の働きによりオンからオフへ移行し逆方向電流は阻止される。 The redundancy switch Q4 is switched from on to off by the action of the control circuit 4 of the redundancy switch that prevents current from flowing in the reverse direction from the load side to the power source side, and the reverse current is blocked.
出力安定化制御用PWM信号源5の安定化動作により回生電流が更に流れ続けようとする場合出力コンデンサC1は放電されC1の電圧VC1が低下する。この結果、冗長用スイッチ回路3の入出力間に電位差が発生し、冗長用スイッチ回路3の入力側の電圧が出力側より低下する。即ち、回生電流検出回路1に設けたスイッチQ5のエミッタ端子はハイレベルに、これに対して、スイッチQ5のベース端子はローレベルとなり、スイッチQ5はオンする。スイッチQ5がオンすると、スイッチQ5の出力電圧VQ5outがハイレベルとなる結果、制御回路2のコンパレータM21の出力VM21が負側へ反転し、論理ゲートM2−A,M2−Bの働きにより出力安定化制御用PWM信号源5の出力パルスVPWMoutが駆動回路22と23へ伝達されるのが阻止され図4のV22に示されるように二つの整流スイッチQ2,Q3をオフする。これにより、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れることを防止し、メインスイッチQ1及び整流スイッチQ2,Q3に生じる過大な電圧、電流ストレスを抑えることができる。
When the regenerative current continues to flow due to the stabilization operation of the output stabilization control
続いて、図2に図1に図示した同期整流コンバータと異なる実施例を示す。図2図示同期整流コンバータは、ハーフブリッジコンバータである。この同期整流コンバータは一次・二次間をトランスT1で絶縁してある。一次側には直流の入力源とブリッジ回路を構成する入力コンデンサC11,C22とMOSFETで構成した2つのメインスイッチQ11,Q12を備えてある。 Next, FIG. 2 shows an embodiment different from the synchronous rectifier converter shown in FIG. The synchronous rectification converter shown in FIG. 2 is a half-bridge converter. In this synchronous rectification converter, the primary and secondary are insulated by a transformer T1. The primary side is provided with two main switches Q11 and Q12 formed of a DC input source, input capacitors C11 and C22 constituting a bridge circuit, and a MOSFET.
絶縁された二次側にはMOSFETで構成した2つの同期整流スイッチQ2,Q3を備えてある。また、本実施例では二次側に出力チョークL1と平滑コンデンサC1とで平滑回路を構成してある。さらにこの平滑回路L1,C1の出力側にはMOSFETで構成した冗長用スイッチ回路3を備えてある。この冗長用スイッチ回路3の出力側に回生電流を検出することにより、入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出回路1を備えてある。なお、この回生電流検出回路1は図1図示実施例と同様であるため、説明を省略する。
The insulated secondary side is provided with two synchronous rectification switches Q2 and Q3 constituted by MOSFETs. In the present embodiment, a smoothing circuit is constituted by the output choke L1 and the smoothing capacitor C1 on the secondary side. Further, a
制御回路2は、前記スイッチQ3,Q4,Q11,Q12のゲート端子に接続してある。特にスイッチQ2,Q3のゲート端子をこの制御回路2に接続することにより、前記回生電流検出回路1で回生電流を検出した際に、整流スイッチQ2,Q3の制御信号を停止させるように構成してある。
The
図2図示実施例の同期整流コンバータは以上のように構成してある。続いて作用について説明する。なお、通常時については、従来から有する多くの同期整流型コンバータとほぼ同様の作用をするため説明を省略する。続いて、回生電流が流れた場合について説明する。この場合、冗長用スイッチ回路3の入出力間に電位差が発生し、冗長用スイッチ回路3の入力側の電圧が出力側より低下する。即ち、回生電流検出回路1に設けたスイッチQ5のエミッタ端子はハイレベルに、これに対して、スイッチQ5のベース端子はローレベルとなりスイッチQ5はオンする。スイッチQ5がオンすると、制御回路2に信号が出力されて、前記実施例と同様な制御回路2の動作で2つの同期整流スイッチQ2,Q3はオフする。これにより、回生電流が同期整流コンバータの二次側から一次側へ流れることを防止し、スイッチング素子及び整流スイッチに生じる過大な電圧、電流ストレスを抑えることができる。
The synchronous rectifier converter of the embodiment shown in FIG. 2 is configured as described above. Next, the operation will be described. In the normal state, the operation is almost the same as that of many conventional synchronous rectifier converters, and thus the description thereof is omitted. Subsequently, a case where a regenerative current flows will be described. In this case, a potential difference is generated between the input and output of the
本実施例ではフォワードコンバータ並びにハーフブリッジコンバータを取り上げたが、本発明は二次側にスイッチ素子を備えた絶縁型の同期整流コンバータであればいずれの同期整流コンバータにおいても適用することができる。 In this embodiment, the forward converter and the half-bridge converter are taken up. However, the present invention can be applied to any synchronous rectifier converter as long as it is an insulating synchronous rectifier converter having a switching element on the secondary side.
本発明によれば、二次側の出力側に冗長用スイッチを備え、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出するように回生電流検出手段を設けることにより、回生電流を直接モニターする必要なく、従来より容易に且つ少ない部品点数で回生電流を検出することができる、産業上利用することができる。 According to the present invention, a redundant switch is provided on the output side of the secondary side, and the regenerative current detecting means is provided so as to detect the potential difference between the input and output when the voltage on the input side of the redundant switch decreases from the output side. Thus, the regenerative current can be detected industrially without the need to directly monitor the regenerative current, and the regenerative current can be detected more easily and with fewer parts.
1 回生電流検出回路
2 制御回路
3 冗長用スイッチ回路
4 冗長用スイッチ制御回路
Q1,Q11,Q12 メインスイッチ
Q2,Q3 二次側の同期整流スイッチ
Q4 冗長用スイッチ
Q5 回生電流検出用スイッチ
T1 トランス
L1 出力チョーク
C1 平滑コンデンサ
C11,C12 入力コンデンサ
Regenerative current detection circuit
2
C1 Smoothing capacitor C11, C12 Input capacitor
Claims (4)
前記二次側の出力側に冗長用スイッチを備えるとともに、この冗長用スイッチの入力側の電圧が出力側より低下した時に入出力の電位差を検出する回生電流検出手段を備えてあり、この回生電流検出手段の出力端子、前記整流スイッチの制御端子に制御回路を接続して、前記制御回路は前記回生電流検出手段で回生電流を検出した際に、前記整流スイッチの制御信号を停止させるように構成してあることを特徴とする同期整流コンバータ。 A synchronous rectifier converter in which a primary and secondary are insulated by a transformer and a rectifier switch and a smoothing circuit synchronized with the secondary side are provided,
The secondary output side is provided with a redundancy switch, and is provided with regenerative current detection means for detecting a potential difference between input and output when the voltage on the input side of the redundancy switch is lower than the output side. A control circuit is connected to the output terminal of the detecting means and the control terminal of the rectifying switch, and the control circuit is configured to stop the control signal of the rectifying switch when the regenerative current detecting means detects the regenerative current. A synchronous rectifier converter characterized by the above.
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